CN214041250U - 一种钢轨用手持式涡流探伤设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钢轨用手持式涡流探伤设备，包括启动电路、探头线圈、测试电路、处理电路、报警电路和供电源，供电源用于为各电路供电；探头线圈包括激励线圈和测量线圈，启动电路用于提供激励信号至探头线圈的激励线圈；所述测试电路与激励线圈连接，以测出其感应电动势的变化；所述测试电路的输出端与处理电路的输入端连接；所述处理电路的输出端与报警电路输入端连接。本实用新型设置的涡流探伤设备，电路结构简单，元器件稳定性高，能够准确的探测到钢轨的缺陷，提高检测的准确率，提高了其工作效率。

Description

一种钢轨用手持式涡流探伤设备

技术领域

本实用新型涉及钢轨探伤仪领域，特别是涉及一种钢轨用手持式涡流探伤设备。

背景技术

现阶段铁路运输在我国运输体系中占主体地位，在提高铁路运输量和效率的同时，对列车的安全稳定提出了更高的要求，其中铁轨损伤是影响铁路运输安全的主要因素。钢轨检测包括定期检测和日常检测，日常检测主要会使用涡流探伤仪进行检测，当涡流探测仪沿着钢轨表面移动时，钢轨表面会因为其内部传感器的设置，产生涡流，此涡流产生一个反磁场，当钢轨有裂纹时，没有反磁场磁力线通过探伤仪的传感器即没有电信号的输出；当有裂纹时，反磁场发生变化，磁力线通过检测线圈，输出电信号，从而反映钢轨存在缺陷。但是在工作人员实际检测中，其会拿着探伤仪在铁轨上进行行走，探伤仪上的灯光提示元件只是瞬间动作,工作人员难直接用肉眼观测到其变化，从而忽略了钢轨的裂纹。且传统钢轨探伤仪信号不准确，工作人员在检测的时候，对裂纹较小的钢轨，探伤仪无法检测出来，所以说，为了提高钢轨探伤仪检测的准确性，提出一种新的探伤设备是非常重要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了克服上述缺陷，提出一种钢轨用手持式涡流探伤设备提高检测的准确性。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种钢轨用手持式涡流探伤设备，包括启动电路、探头线圈、测试电路、处理电路、报警电路和供电源，供电源用于为各电路供电；探头线圈包括激励线圈和测量线圈，启动电路用于提供激励信号至探头线圈的激励线圈，所述测量线圈用于检测激励线圈中磁通量的变化；所述测试电路与激励线圈连接，以测出其感应电动势的变化；所述测试电路的输出端与处理电路的输入端连接，用于判断测试电路取得的信号是否带有表明被测试件表面有、无缺陷的电信号；所述处理电路的输出端与报警电路输入端连接，报警电路用来对处理电路的输出信号进行处理,使其由单一的电信号转化声、光信号。

进一步地，所述启动电路包括电阻R1~R2、电容C1~C3、电感L1~L3和晶体管Q1，所述晶体管Q1的基极里埃尔至电阻R1、电容C1的一端，电阻R1的另一端连接至电感L3的一端和外部电压，电感L3的另一端连接至晶体管Q1的集电极且其作为该电路的输出端输出，晶体管Q1的发射极连接至电容C2、电阻R2的一端，电容C2的另一端连接至电感L1~L2的一端，电感L2的另一端连接至电容C3的一端，所述电容C1、电容C3、电阻R2和电感L1的另一端均接地。

进一步地，所述测试电路包括电容C4~C5、二极管D1和电阻R3，电阻R3为可变电阻，二极管的一端和电容C4的另一端作为该电路的输入端，二极管D1的另一端连接至电阻R3、电容C4的一端，电阻R3的可变端连接至电容C5的一端，电容C4的另一端还连接至电阻R3的另一端，所述电容C5和电阻R3的另一端作为该电路的输出端。

进一步地，所述处理电路包括电阻R4~R7、电容C6~C7、晶体管Q2、处理器U1和二极管D2，处理器U2的型号为LM324，电阻R7为可变电阻，所述电容C7的一端作为该电路的输入端，电容C7的一端还连接至电容C6的另一端，电容C6的另一端连接在晶体管Q2的基极和电阻R4的另一端，电阻R4~R6的一端和处理器U1的引脚3与外部电压连接，电阻R5的另一端连接至晶体管Q2的集电极和处理器U1的引脚1，电阻R6的另一端连接至二极管D2和电阻R7的一端，电阻R7的可变端连接至处理器U1的引脚2，所述电容C7、二极管D2、电阻R7的另一端、晶体管Q2的发射极和处理器U1的引脚4接地，处理器U1的引脚5作为该电路的输出端。

进一步地，所述报警电路包括电阻R8~R10、电容C8~C9、晶体管Q3、二极管D3和处理器U2，处理器U2的型号为CC7555，二极管D3为发光二极管，所述处理器U2的引脚2作为该电路的输入端，处理器U2的引脚4连接至引脚8后与电阻R8、二极管D3的一端连接，二极管D3的另一端连接至电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接至晶体管Q3的集电极，晶体管Q3的基级连接至电阻R9的另一端，电阻R9的一端连接至处理器U2的引脚3，电阻R8的另一端连接至处理器U2的引脚6~7后与电容C9的一端连接，所述电容C8~C9的另一端、处理器U2的引脚1和晶体管Q3的发射极接地。

由于采用了上述方案，本实用新型的有益效果在于：解决了现有技术的不足，本实用新型提出一种钢轨用手持式涡流探伤设备，其好处是：

（1）本实用新型设置的涡流探伤设备，电路结构简单，元器件稳定性高，能够准确的探测到钢轨的缺陷，提高检测的准确率，提高了其工作效率。

（2）本实用新型的处理器U1前设有晶体管Q2，使得测试电路的信号可经晶体管Q2放大后再输出至处理器U1，那么处理器U1得到的信号更为准确，并可有效通过其输出是否为低电平来检测被测试钢轨有、无缺陷，避免因为探头线圈的电动势变化不大，而忽略钢轨的裂纹以提高检测的准确率。

（3）本实用新型由处理器U2组成的单稳态触发器构成报警电路,该电路的输入、输出不依赖于输入电平的具体状态,而仅与信号的跳变触发及其本身的电路特性有关,避免发光元件的亮、灭改变只是瞬间动作,工作人员难直接用肉眼观测到其变化，从而忽略了钢轨的裂纹。

附图说明

图1是本实用新型所述启动电路的电路原理图。

图2是本实用新型所述测试电路的电路原理图。

图3是本实用新型所述处理电路的电路原理图。

图4是本实用新型所述报警电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

如图1-4所示，一种钢轨用手持式涡流探伤设备，包括启动电路、探头线圈、测试电路、处理电路、报警电路和供电源，因为工人需要日常对钢轨进行检查，那么探伤设备为手持式的便携式设备，便于工作人员使用，所以本申请的供电源采用电池供电。

所述启动电路包括电阻R1~R2、电容C1~C3、电感L1~L3和晶体管Q1，所述晶体管Q1的基极里埃尔至电阻R1、电容C1的一端，电阻R1的另一端连接至电感L3的一端和外部电压，电感L3的另一端连接至晶体管Q1的集电极且其作为该电路的输出端输出，晶体管Q1的发射极连接至电容C2、电阻R2的一端，电容C2的另一端连接至电感L1~L2的一端，电感L2的另一端连接至电容C3的一端，所述电容C1、电容C3、电阻R2和电感L1的另一端均接地。

所述测试电路包括电容C4~C5、二极管D1和电阻R3，电阻R3为可变电阻，二极管的一端和电容C4的另一端作为该电路的输入端，二极管D1的另一端连接至电阻R3、电容C4的一端，电阻R3的可变端连接至电容C5的一端，电容C4的另一端还连接至电阻R3的另一端，所述电容C5和电阻R3的另一端作为该电路的输出端。

所述处理电路包括电阻R4~R7、电容C6~C7、晶体管Q2、处理器U1和二极管D2，处理器U2的型号为LM324，电阻R7为可变电阻，所述电容C7的一端作为该电路的输入端，电容C7的一端还连接至电容C6的另一端，电容C6的另一端连接在晶体管Q2的基极和电阻R4的另一端，电阻R4~R6的一端和处理器U1的引脚3与外部电压连接，电阻R5的另一端连接至晶体管Q2的集电极和处理器U1的引脚1，电阻R6的另一端连接至二极管D2和电阻R7的一端，电阻R7的可变端连接至处理器U1的引脚2，所述电容C7、二极管D2、电阻R7的另一端、晶体管Q2的发射极和处理器U1的引脚4接地，处理器U1的引脚5作为该电路的输出端。

所述报警电路包括电阻R8~R10、电容C8~C9、晶体管Q3、二极管D3和处理器U2，处理器U2的型号为CC7555，二极管D3为发光二极管，所述处理器U2的引脚2作为该电路的输入端，处理器U2的引脚4连接至引脚8后与电阻R8、二极管D3的一端连接，二极管D3的另一端连接至电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接至晶体管Q3的集电极，晶体管Q3的基级连接至电阻R9的另一端，电阻R9的一端连接至处理器U2的引脚3，电阻R8的另一端连接至处理器U2的引脚6~7后与电容C9的一端连接，所述电容C8~C9的另一端、处理器U2的引脚1和晶体管Q3的发射极接地。

具体地说，所述电感L1~L3为变压器的三个线圈分别绕在同一铁芯上，电感L3为原边绕组，电感L1~L2为副边绕组，其中电感L3作为晶体管Q1的集电极复负载，电感L1~L2作为晶体管Q1的发射极负载，用于实现正反馈，即其可将输出信号在电感L1~L2中感生的交流电压自晶体管Q1的发射极通过隔直电容C1回送至输入端即外部电压处，同时电感L1~L2与电容C3组成LC并联谐振回路以实现选频。即启动电路的自激振荡其起始于电压、电流的瞬时波动或冲击，例如在接通电源的瞬间，电路中各部分都将产生一个非正弦波冲击信号，以使得输出端可输出一个正弦波信号至探头线圈中，探头线圈包括激励线圈和测量线圈，启动电路输出的正弦波信号作为激励信号与激励线圈连接，激励线圈用于高频信号激励源，通过高频信号就会产生交变磁场，测量线圈即用来检测通过其中的磁通量变化，以此来确定钢轨表面缺陷引起的磁场变化。即当探头在被测试钢轨表面上(或一定距离处)划过时,由于被测试钢轨和探头都具有高磁导率,磁通主要集中在探头和被测试钢轨接触点的主磁路内;当被测试钢轨表面没有缺陷、裂纹时,则可认为磁路中的磁感应强度均匀分布、处处不变(因磁路各处材质均匀、磁场强度不变);当被检测钢轨表面有缺陷或裂纹存在时,探头接触到的气隙发生变化,磁路的磁导率不再处处均匀,此时磁路内的磁导率变小,而磁场强度不变,则磁感应强度变小、通过此磁路及测量线圈的磁通量变小,进而影响测量线圈的电特性。根据互感原理,在其它参数并未发生变化的情况下,会使测量线圈的感应电动势幅值变小;同理,探头在运动过程中由气隙再返回原来状况的过程中,通过磁路的磁通量又会恢复变大,测量线圈的感应电动势幅值也就会相应变大。因此,只要检验出代表磁通量发生变化的电特性参数即电动势，便能获得钢轨裂纹的情况。

为了测试出测量线圈其感应电动势的变化，本实用新型设计了测试电路以将测量线圈中的高频信号包络线检测出来，其中，输入信号为测量线圈的感生电动势，在输入信号的前四分之一周期内，电动势对电容C4充电，电容C4设置为小电容，那么其充电时间常数很小，电容C4的充电电压随着感应电动势的值变化，从而可使得电阻R3两端的电压逐渐升高，直到达到电动势的峰值电压，在第二个四分之一周期内，电动势开始减小，那么电容C1开始放电并对电阻R3充电，使得电阻R3两端的电压不跟随电动势变小，直到电动势的电压高于电容C4两端的电压时，电动势再次对电容C4充电，使得电阻R3两端电压再次升高，如此，电阻R3两端的电压波形是为规律变化的，那么电阻R3两端的电压即为电动势的电压幅值包络线的近似图形，即测试出了所需要的测试信号。

进一步地，处理电路用于判断测试电路取得的包络线是否带有表明被测试件表面有、无缺陷的电信号，其中晶体管Q2起放大作用,电阻R4、R5分别为其基极、集电极的偏置电阻。电容C6为10uF的大电容,C7为0.01F的小电容。由于大电容的时间常数很大,对于高频信号近似于断路,对于低频信号相当于短路;而小电容时间常数小,对于低频信号相当于断路,对于高频信号相当于短路。而该电路的输入信号包络线波形为低频信号,因此该信号能通过电容C6送到晶体管Q2的基极,而输入信号中存在的高频成分则会通过小电容C7接地,使C7起到屏蔽信号高频分量的作用。当探头线圈检测到被测试钢轨表面有气隙时,测量线圈输出的交流信号幅值会减小;该信号经过测试电路后得到一个向下弯曲的电压曲线,其弯曲部分就代表了探测到钢轨缺陷对涡流的影响;此时晶体管Q2基极输入电压减小、集电极输出电增大。输入的包络线信号经晶体管Q2放大后输出的波形形状更为明显,由集电极输出并送入处理器U1所在的电路处。

处理器U1的功能是比较两个电压(输入信号和参考电压)的大小并输出高、低电平表示比较结果。即晶体管Q2的集电极输出电压从处理器U1的反相端输入,当探头线圈探测到被测试钢轨表面无缺陷时,反相端的输入电压小于门槛电压值,处理器U1输出高电平;当探头线圈探测到被测试钢轨表面有不可忽视的缺陷时,处理器U1反相端的输入电压增大,大于门槛电压时处理器U1就输出低电平,表示探头线圈探测到了金属表面的缺陷。之后当探头线圈又接触到无缺陷部分时,反向端输入电压再一次减小,处理器U1又重新输出高电平。因此,通过本实用新型设计的处理器U1，可有效通过其输出是否为低电平来检测被测试钢轨有、无缺陷，提高了检测的准确率。

进一步地，所述报警电路用来对处理电路的输出信号进行处理,使其由单一的电信号转化为易于让人察觉的声、光等信号,从而便于工作人员得知钢轨是否存在缺陷。处理电路的输出电平可直接驱动发光二极管D3的亮、灭,但由于探头线圈相对被测试钢轨表面的划动速度很快,因此偶尔有缺陷时，二极管D3的亮、灭改变只是瞬间动作,有时很难直接用肉眼观测到其变化。处理电路输出的低电平是有用信号,其宽度不定,但该电平会有一个“高低-高”的跳变过程。根据这一特性,本实用新型采用由处理器U2组成的单稳态触发器构成报警电路,该电路的输入、输出不依赖于输入电平的具体状态,而仅与信号的跳变触发及其本身的电路特性有关,因此可以很好解决显示报警信号的问题。即处理器U2的输入端连接至处理电路的输出端,其输出再通过晶体管Q3放大后由其集电极驱动二极管D3。当探头线圈探测的被测试钢轨表面没有缺陷时,处理器U2的输出为低电平,则晶体管Q3截止,集电极上没有电流,二极管D3不亮;当探头线圈探测到被测试钢轨表面有缺陷时,处理器U2输出持续一段时间的高电平,在这段时间内晶体管Q3导通,其集电极上有电流通过,二极管D3点亮;这样,由于延时显示,检测到的有用信号就变成了易于察觉的光信号,从而实现了准确报警，便于工作人员及时发现钢轨存在的缺陷，提高了工作效率。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种钢轨用手持式涡流探伤设备，其特征在于：包括启动电路、探头线圈、测试电路、处理电路、报警电路和供电源，供电源用于为各电路供电；探头线圈包括激励线圈和测量线圈，启动电路用于提供激励信号至探头线圈的激励线圈，所述测量线圈用于检测激励线圈中磁通量的变化；所述测试电路与激励线圈连接，以测出其感应电动势的变化；所述测试电路的输出端与处理电路的输入端连接，用于判断测试电路取得的信号是否带有表明被测试件表面有、无缺陷的电信号；所述处理电路的输出端与报警电路输入端连接，报警电路用来对处理电路的输出信号进行处理,使其由单一的电信号转化声、光信号。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨用手持式涡流探伤设备，其特征在于：所述启动电路包括电阻R1~R2、电容C1~C3、电感L1~L3和晶体管Q1，所述晶体管Q1的基极里埃尔至电阻R1、电容C1的一端，电阻R1的另一端连接至电感L3的一端和外部电压，电感L3的另一端连接至晶体管Q1的集电极且其作为该电路的输出端输出，晶体管Q1的发射极连接至电容C2、电阻R2的一端，电容C2的另一端连接至电感L1~L2的一端，电感L2的另一端连接至电容C3的一端，所述电容C1、电容C3、电阻R2和电感L1的另一端均接地。

3.根据权利要求1所述的一种钢轨用手持式涡流探伤设备，其特征在于：所述测试电路包括电容C4~C5、二极管D1和电阻R3，电阻R3为可变电阻，二极管的一端和电容C4的另一端作为该电路的输入端，二极管D1的另一端连接至电阻R3、电容C4的一端，电阻R3的可变端连接至电容C5的一端，电容C4的另一端还连接至电阻R3的另一端，所述电容C5和电阻R3的另一端作为该电路的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种钢轨用手持式涡流探伤设备，其特征在于：所述处理电路包括电阻R4~R7、电容C6~C7、晶体管Q2、处理器U1和二极管D2，处理器U2的型号为LM324，电阻R7为可变电阻，所述电容C7的一端作为该电路的输入端，电容C7的一端还连接至电容C6的另一端，电容C6的另一端连接在晶体管Q2的基极和电阻R4的另一端，电阻R4~R6的一端和处理器U1的引脚3与外部电压连接，电阻R5的另一端连接至晶体管Q2的集电极和处理器U1的引脚1，电阻R6的另一端连接至二极管D2和电阻R7的一端，电阻R7的可变端连接至处理器U1的引脚2，所述电容C7、二极管D2、电阻R7的另一端、晶体管Q2的发射极和处理器U1的引脚4接地，处理器U1的引脚5作为该电路的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种钢轨用手持式涡流探伤设备，其特征在于：所述报警电路包括电阻R8~R10、电容C8~C9、晶体管Q3、二极管D3和处理器U2，处理器U2的型号为CC7555，二极管D3为发光二极管，所述处理器U2的引脚2作为该电路的输入端，处理器U2的引脚4连接至引脚8后与电阻R8、二极管D3的一端连接，二极管D3的另一端连接至电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接至晶体管Q3的集电极，晶体管Q3的基级连接至电阻R9的另一端，电阻R9的一端连接至处理器U2的引脚3，电阻R8的另一端连接至处理器U2的引脚6~7后与电容C9的一端连接，所述电容C8~C9的另一端、处理器U2的引脚1和晶体管Q3的发射极接地。

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